2019.10.22CVCC電源装置の製作20V、5A程度の可変電源がほしくなったので製作してみました。スイッチング方式としたので非常に小さく作ることができました。0~5yoshikiyo.comCVCC電源装置を製作しました。今回はこのハードウェア構成について詳しく説明します。ブロック図この電源装置はスイッチング方式で出力電圧を安定化させています。スイッチング方式とすることで小型形状で可変出力が可能な電源装置を実現しています。パワー回路の制御はマイコンを利用しています。出力電圧・電流をAD変換してマイコンに取り込み演算によって出力電圧・電流のフィードバック制御を行います。回路図MCUテキサスインスツルメンツ社製のC2000マイコン「TMS320F28035PNT」を用いました。CLAというコプロセッサを利用してマイコン単体で高速なフィードバックループを構築しています。C2000マイコンについてTIリアルタイム制御マイコンC2000を使うために必要な情報をまとめます。C2000マイコンの詳細についてはテキサスインスツルメンツのHPを参照してください。簡単にまとめるとフィードバック制御を行うために最適化されており、マイコン単体で高速yoshikiyo.com12bit内蔵ADC→CLA演算→PWM更新→PWM出力となり、アナログ信号のAD変換からPWM出力までの一連の流れをマイコンワンチップで処理しています。CLAはPI制御の演算を担当しています。CLAはフィードバック演算の処理を行います。基準値とAD変換値から偏差を取得してPI制御を行います。http://www.tij.co.jp/product/jp/TMS320F28035www.tij.co.jpDigi-KeyやMouserで購入することができます。最安はLCSCという中国の部品商社です。TMS320F28035PNT.lcsc.comソフトウェアについては別の記事で詳しく説明しようと思います。パワー回路ハーフブリッジ回路LM5104というハーフブリッジドライバを使ってスイッチング段を構成しています。FETの制御タイミングは、このドライバがすべて生成してくれます。マイコンは1相PWMを生成してデューティのみ制御すればOKです。http://www.tij.co.jp/product/jp/LM5104www.tij.co.jpLCフィルタ今回の電源装置では、スイッチング周波数は100[kHz]としています。100[kHz]のキャリアを十分にカットすることのできるフィルタが必要です。fc=2.1[kHz]100[kHz]では-60[dB]となって十分リップルを減衰させることができます。フィルタの特性は制御器(制御ソフト)を設計する上で重要になります。よって出力電圧を分圧してOPアンプに入力します。入力電圧は分圧抵抗器によって1/10に減衰されます。20V出力で2Vの検出電圧となります。C2000マイコン内蔵ADCの入力部は特にバッファされていません。そのまま入力部に付加されているコンデンサに測定回路から電流が流れ込みます。測定回路のインピーダンスが大きい場合このチャージインジェクションが問題となります。(U3)でバッファしてADCへ入力してやります。ADC入力部のインピーダンスモデル(TMS320F28035データシートより)電流測定シャント抵抗(R17)でローサイド側の電流を測定します。増幅してC2000マイコン内蔵ADCへ入力します。R17として秋月電子で入手した抵抗を用いました。温度係数の良いものを採用して発熱による測定値のドリフトが小さくなるようにしています。電子部品通信販売akizukidenshi.comオペアンプCPUのアナログ電源が3.3Vなので単電源で低い電圧から動作できるオペアンプが必要でした。そこでADA4528-2という単電源動作のオペアンプを使いました。電流検出側は検出電圧が小さいためオフセット電圧のドリフトが小さいことも重要です。アナログ・デバイセズADA4528-1/ADA4528-2は、レールtoレールの入力および出力振幅を持つ、超低ノイズ、ゼロ・ドリフトのオペアンプです。電子部品通信販売akizukidenshi.comAD変換OPアンプ出力はC2000マイコン内蔵の12bitADCへ入力してAD変換を行います。AD変換後のデータはCV,CC制御を行うためのフィードバックとして用いられます。同時にモニタ値として7セグメントLEDに表示されます。インターフェース7セグLED表示部7セグメントのLEDを2つ使って出力電圧と電流を表示します。7セグLEDを制御できるようにしました。シフトレジスタを用いることで表示基板とメイン基板間の通信線の本数を節約します。CN4とCN5へ接続されます。電子部品通信販売akizukidenshi.com電圧・電流可変ダイヤルただの可変抵抗器です。3.3Vを可変してマイコンのADCへ入力しています。可変抵抗器によって決定される電圧値に応じて出力電圧と電流が決まります。CN6とCN7へ接続されます。100W以上の電源が必要になります。今回はTDKラムダのZWS75BAF12というスイッチング電源を2直で使用しました。2台を直列接続することで24V6.3Aの電源となり要求の仕様を満たすことができます。2台のスイッチング電源が内蔵されているhttps://product.tdk.com/info/ja/catalog/datasheets/zws-b_j.pdf筐体5mm厚のアクリル板をCNC加工して製作しています。端面に2mmのネジを切ってねじ止めすることによってアクリル板を固定しています。Homeで制御系を設計する方法をまとめておきます。制御系の設計以外にも、ちょっとした伝達関数の特性確認や複雑な計算にも利用できるのでとても便利です。...電子工作CVCC電源装置の製作20V、5A程度の可変電源がほしくなったので製作してみました。スイッチング方式としたので非常に小さく作ることができました。オペアンプを利用したアナログ回路の実験を行う場合±5Vや±12Vなどの正負出力の電源を利用することが多いと思います。そのアナログ回路を制御するためのMCU用に5Vや3.3Vが必要になることも多いです...電子工作マジックハンダ「ハックルー」を試してみるtwitterでハックルーという溶かして使う樹脂が便利と紹介されていました。秋月電子で早速購入してみる。こんな感じでべっこう飴のような薄い黄色で棒状の樹脂です。C2000マイコンについてTIリアルタイム制御マイコンC2000を使うために必要な情報をまとめます。C2000マイコンの詳細についてはテキサスインスツルメンツのHPを参照してください。絶縁USB-UART変換器を作ってみました。USBシリアル変換IC「FT232RL」でUSB-シリアル変換し、その出力信号をSI8441で絶縁しています。(ソフトウェア、補償器設計)制御器,補償器,IIRマイコンTMS320F28035ボードC2000シリーズのマイコンを多用しています。私は「TMS320F28035」をよく利用するので使いやすいようにI/Oポートを引き出したボードを製作しました。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。*サイト次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。ホーム電子工作yoshikiyo「とりあえず動けばいい」そんな適当すぎるものづくりをしています。Lab.メニューHomeAboutArchivesContactホーム検索トップサイドバーyoshikiyo「とりあえず動けばいい」そんな適当すぎるものづくりをしています。31タイトルとURLをコピーしました。